Thèse soutenue

Gels Colloïdaux Actifs
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Auteur / Autrice : Mengshi Wei
Direction : Olivier Dauchot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 28/09/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Gulliver (Paris)
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
Jury : Président / Présidente : Costantino Creton
Examinateurs / Examinatrices : Olivier Dauchot, Mathieu Leocmach, Laurence Ramos, Emanuela Del Gado
Rapporteurs / Rapporteuses : Mathieu Leocmach, Laurence Ramos

Résumé

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En route vers l'équilibre, les gels colloïdaux sont un état particulier de la matière, dont la relaxation est interrompue, à mi-chemin entre les liquides et les solides. Les systèmes de particules actives qui convertissent l'énergie externe en travail mécanique ont fait l'objet d'intenses recherches au cours des 25 dernières années, car ils présentent un certain nombre de phases de la matière, hors de portée des systèmes à l'équilibre. Dans ce travail, nous développons d'abord un système qui combine gélification colloïdale et activité. Pour ce faire, nous intégrons dans un gel colloïdal des particules actives, dont l’activité est contrôlée par une lumière bleue. Nous étudions ensuite la réponse à l'activité du gel colloïdal passif préformé, et les effets de l'activation sur les propriétés du gel après la phase d’activation. Nous caractérisons pour cela la structure et la dynamique du gel, avant, pendant et après la période d'activation.Lors de l'activation, la mobilité des particules passives composant le gel augmente et présente une réponse échelle-dépendante à l’activation : au temps courts, le gel se réorganise intensément à grande échelle, ce qui permet au temps long une réorganisation progressive des petites échelles. Le gel se réorganise, avec les brins les plus petits fusionnant avec les plus gros et laissant de plus grands trous dans la structure. Fait intéressant, une fois l'activation désactivée, le gel garde en mémoire la période d'activation. En effet après activation, le gel adopte la structure héritée de la réorganisation qui a eu lieu pendant la phase active, alors que les conditions thermodynamiques sont les même que celles précédant l’activation. Cette structure est typiquement celle d'un gel qui aurait vieilli plus longtemps, comme si l'activation avait accéléré la cinétique. Cette interprétation alléchante est cependant trop simple. Comme prévu en l'absence d'activité, la dynamique du gel ainsi nouvellement formé est à nouveau figée comme en témoigne le déplacement carré moyen qui plafonne à tout temps. Cependant, la valeur du déplacement carré moyen après activation est supérieure à celle avant activation. C'est-à-dire que le gel est moins rigide, un résultat qui contredit l'interprétation ci-dessus d’un vieillissement accéléré. Nous concluons que le système s'est transformé en un véritable nouveau gel, dont la structure ressemble à celle d'un gel plus ancien, mais dont la dynamique est celle d'un gel moins rigide. Dans la gamme d'activité explorée ici, le réarrangement structurel et l'amélioration de la mobilité augmentent tous deux avec l'activité.